CN115897832A - 一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑支撑结构技术领域，尤其涉及一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法。包括：耗能中心件，所述耗能中心件包括支撑部、位于所述支撑部两端布置的约束部件，和套设于所述支撑部上的限位套；外套件，所述外套件内部套设有内套件，且所述外套件内部设有两组用于内套件定位支撑的弹性部；提供了一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法，能够满足常态下的支撑和震力较小时的形变需求，又可在震力较强的情况下耗能减震，并且在外力消失后完成复位，提高了结构的安全性。

Description

一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑支撑结构技术领域，尤其涉及一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法。

背景技术

防屈曲支撑是最近研究较为热门的一种支撑形式，其充分发挥了核心单元的耗能能力，并且滞回曲线饱满，它不仅克服了普通支撑受压屈曲的问题，还可以增强结构的刚度，根据地震等级，经过合理的设计，能够保证防屈曲支撑率先屈服，防止主体结构遭到破坏，因此在结构中起到“保险丝”的作用；

防屈曲支撑的抗震能力强，但其一般在罕遇地震下才进入塑性阶段耗能，在多遇地震下大多处于弹性阶段，只能依靠主体结构“硬扛”以抵御地震，这会对主体结构产生不利影响，目前，国内外学者提出了分级耗能型防屈曲支撑，根据地震等级将结构分为多级，但是受力塑性变形后无法恢复，不能满足结构自复位的要求，增大了结构的修复难度，降低了结构的使用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供了一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法，能够满足常态下的支撑和震力较小时的形变需求，又可在震力较强的情况下耗能减震，并且在外力消失后完成复位，提高了结构的安全性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，其特征在于，包括：

耗能中心件，所述耗能中心件包括支撑部、位于所述支撑部两端布置的约束部件，和套设于所述支撑部上的限位套；

外套件，所述外套件内部套设有内套件，且所述外套件内部设有两组用于内套件定位支撑的弹性部。

优选的，所述支撑部包括呈左、右布置的第一内部构件和第二内部构件，以及用于连接第一内部构件和第二内部构件端部的固定钢板；所述限位套内壁分布有多个限位挡块。

优选的，所述第一内部构件的截面积大于第二内部构件的截面积，且均为十字型结构。

优选的，所述第一内部构件和第二内部构件中部分别具有第一耗能段和第二耗能段。

优选的，所述约束部件包括成对布置的半圆管件，以及用于所述半圆管件外壁套接的筒体；所述半圆管件内壁设有与所述支撑部抵接的止动部。

优选的，所述止动部呈半圆形，多个所述止动部形成对支撑部中间约束的槽型空间。

优选的，所述所述外套件和内套件的外部连接端分别设有底部件和活动组件。

优选的，所述活动组件包括与所述内套件焊接的第一竖肢钢板，和与所述第一竖肢钢板活动连接的第二竖肢钢板。

优选的，所述底部件包括与所述外套件焊接的第三竖肢钢板，和与所述第三竖肢钢板销轴连接的第四竖肢钢板。

优选的，所述内套件的外壁中部设有与外套件连接的左挡板，右端设有与弹性部抵接的右挡板。

本发明还提供了用于生产一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置的方法，其特征在于，包括：

S1、通过固定钢板连接第一内部构件和第二内部构件，并分别在第一耗能段和第二耗能段上依次安装半圆管件和筒体完成约束，并在两端焊接圆形钢板；

S2、限位套拼接并安装于第一内部构件和第二内部构件的外部，将第二内部构件右端和限位套右端与端板螺栓连接；

S3、外套件将上述整体套入并加装第一组弹性部，内套件穿入外套件并与第一组弹性部接触预压，装入第二组弹性部，加装左挡板预压并与外套件连接，并在外套件和内套件的外部连接端分别连接底部件和活动组件。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、支撑部和弹性部作为主要支撑部件，在使用损坏后可以进行更换，降低了整体结构的维护成本；

2、内套件在外力作用下对弹性部进行压缩形变，并在外力消失后，利用自身弹力的支撑完成复位需求，降低维修难度；

3、支撑部自身分为二级耗能部位，可以根据震力大小自动激活对应位置形变，并且弹性部采用两个高强钢环簧组交替发生变形来降低因持续受力发生损坏的情况。

附图说明

图1为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的结构示意图；

图2为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的耗能中心件结构示意图；

图3为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的支撑部结构示意图；

图4为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的限位套结构示意图；

图5为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的半圆管件结构示意图；

图6为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的筒体结构示意图；

图7为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的筒体结构分解示意图；

图8为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的活动组件结构示意图；

图9为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的底部件结构示意图；

图10为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的耗能中心件爆炸示意图；

图11为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的A-A剖面图；

图12为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的B-B剖面图；

图13为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的C-C剖面图；

图14为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的D-D剖面图；

图15为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的E-E剖面图；

图16为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的静止状态演示图

图17为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的受压状态演示图；

图18为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的受拉状态演示图；

图19为一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置及方法的整体演示图。

图中：1、耗能中心件；2、支撑部；3、约束部件；4、限位套；5、外套件；6、内套件；7、弹性部；8、活动组件；9、底部件；201、第一内部构件；202、第二内部构件；203、固定钢板；204、第一耗能段；205、第二耗能段；301、半圆管件；302、筒体；303、止动部；401、限位挡块；601、左挡板；602、右挡板；801、第一竖肢钢板；802、第二竖肢钢板；901、第三竖肢钢板；902、第四竖肢钢板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

具体实施方式一：结合图1-19所示，一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置，其特征在于，包括：耗能中心件1，耗能中心件1包括作为主体支撑的支撑部2、位于支撑部2两端布置的约束部件3，和套设于支撑部2上的限位套4，用于对支撑部2进行限位；外套件5，外套件5内部套设有内套件6，且外套件5内部设有两组用于内套件6定位支撑的弹性部7，受到压力或拉力时，带动内套件6对弹性部7进行压缩；

其中，两组弹性部7均为高强度环簧组，由左至右分别为第一高强度环簧组和第二高强度环簧组。

结合图1-4所示，支撑部2包括呈左、右布置的第一内部构件201和第二内部构件202，以及用于连接第一内部构件201和第二内部构件202端部的固定钢板203；限位套4为双组布置并分别与第一内部构件201和第二内部构件202连接，限位套4内壁分布有多个限位挡块401，同时限位挡块401包括第一限位挡块和第二限位挡块，第一限位挡块处于第一内部构件201处，第二限位块处于第二内部构件202处；其中，固定钢板203为L形钢板，并通过螺栓对第一内部构件201端部和第二内部构件202端部连接固定；

优选的实施例，结合图3所示，第一内部构件201的截面积大于第二内部构件202的截面积，且均为十字型结构；第一内部构件201和第二内部构件202中部分别具有第一耗能段204和第二耗能段205；第一内部构件201分为三段，从左到右依次是第三连接段、第一耗能段204和第四连接段，第二内部构件202同样分为三段，从左至右依次为从左到右依次是第一连接段、第二耗能段205、第二连接段，第一连接段的左端与第四连接段的右端均焊接一个用于连接内套件6和外套件5的圆形钢板。

约束部件3包括成对布置的半圆管件301，以及用于半圆管件301外壁套接的筒体302，筒体302采用成对布置的两个半圆形钢管，并在侧部采用螺纹连接，；半圆管件301内壁设有与支撑部2抵接的止动部303；止动部303呈半圆形，多个止动部303形成对支撑部2中间约束的槽型空间；每个半圆管件301焊接两个半圆形的止动部303，同时止动部303在半圆管件301内壁轴向延伸并且开口面朝外；整体分别包覆于第一耗能段204和和第二耗能段205上，在受力压缩时，可以有效防止整体出现屈曲或局部屈曲的情况，提高结构的稳定性。

结合图1和图4所示，两组限位套4上的限位挡块401，分别为在内壁上设置四块与第一耗能段204位置相对应的第一限位挡块，四块与第二耗能段205位置相对应的第二限位挡块，第一连接段与第二限位挡块、第四连接段与第一限位挡块之间均留有一定的间隙；

结合图1所示，所述外套件5和内套件6的外部连接端分别设有底部件9和活动组件8；

优选的实施例，所述活动组件8包括与内套件6焊接的第一竖肢钢板801，和与第一竖肢钢板801活动连接的第二竖肢钢板802，其中，第二竖肢钢板802中部具有用于活动位移的长条形通孔，第一竖肢钢板801上设有与长条形通孔连接的滑动销轴；

优选的实施例，底部件9包括与外套件5焊接的第三竖肢钢板901，和与第三竖肢钢板901销轴连接的第四竖肢钢板902。

结合图19所示，内套件6的外壁中部设有与外套件5连接的左挡板601，右端设有与弹性部7抵接的右挡板602；第二高强钢环簧组的预压力由右挡板602施加，第一高强钢环簧组的预压力由左挡板601施加，第一高强钢环簧组和第二高强钢环簧组均要与外套件5之间留有一定的间隙。

结合图16所示，第一高强钢环簧组和第二高强钢环簧组分别在整体结构受拉或受压时自身弹性形变，并且一直处于弹性状态，从而实现装置的自复位功能；

设活动组件8的滑动销轴在受拉或受压时的滑动极限位移值为L1，第一连接段与第二限位挡块、第四连接段与第一限位挡块之间的距离为L2，则一级耗能能力启动阈值为滑动极限位移值L1，此时第二耗能段205发生塑性变形耗能，第一高强钢环簧组(装置受拉)或第二高强钢环簧组(装置受压)受压摩擦耗能；当加载位移达到L1+L2时，第二内部构件202被第二限位挡块挡住，第二耗能段205不再继续变形，第一耗能段204发生塑性变形，二级耗能能力被激活；

一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置的方法，其特征在于，包括：

S1、通过固定钢板203连接第一内部构件201和第二内部构件202，并分别在第一耗能段204和第二耗能段205上依次安装半圆管件301和筒体302完成约束，并在两端焊接圆形钢板；

S2、限位套4拼接并安装于第一内部构件201和第二内部构件202的外部，将第二内部构件202右端和限位套4右端与端板螺栓连接；

S3、外套件5将上述整体套入并加装第一组弹性部7，内套件6穿入外套件5并与第一组弹性部7接触预压，装入第二组弹性部7，加装左挡板601预压并与外套件5连接，并在外套件5和内套件6的外部连接端分别连接底部件9和活动组件8；

结合图1-19所示，具体安装操作如下：

首先，将第一内部构件201和第二内部构件202通过固定钢板203采用螺栓串联成一个整体，固定钢板203为L型钢板；其次，将四个轴向延伸的止动部303焊接在两个半圆管件301的内壁上，并将第一耗能段204与第二耗能段205的横向板和纵向板分别卡设在相邻止动部303之间构成的槽型空间内，再将筒体302分别套在半圆管件301上，并采用螺栓连接；然后在第二内部构件202的右端和第一内部构件201的左端各焊接一个圆形钢板；

将四个第一限位挡块与四个第二限位挡块焊接在两个对称布置限位套4的内壁上，将上述形成的整体放入两个对称的限位套4形成的圆形空间内，再利用圆形钢板和两个半圆环形钢板将第二内部构件202右端和限位套4右端与端板螺栓连接；

将第二高强钢环簧组套在步骤二形成的整体上，并将其从右端插进外套件5，将外套件5与端板采用螺栓连接；其次，在内套件6右端焊接右挡板602，并从左端插进外套件5，利用右挡板602预压第二高强钢环簧组，预压好后，将左端板601与内套件6焊接，再将第一高强钢环簧组套在内套件6上，最后利用左挡板601预压第一高强钢环簧组，预压好后，将左挡板601与外套件5采用螺栓连接，在内套件6左端焊接活动组件8，在外套件5右端外侧焊接底部件9。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (11)

1.一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置，其特征在于，包括：

耗能中心件(1)，所述耗能中心件(1)包括支撑部(2)、位于所述支撑部(2)两端布置的约束部件(3)，和套设于所述支撑部(2)上的限位套(4)；

外套件(5)，所述外套件(5)内部套设有内套件(6)，且所述外套件(5)内部设有两组用于内套件(6)定位支撑的弹性部(7)。

2.根据权利要求1所述的一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置，其特征在于：所述支撑部(2)包括呈左、右布置的第一内部构件(201)和第二内部构件(202)，以及用于连接第一内部构件(201)和第二内部构件(202)端部的固定钢板(203)；所述限位套(4)内壁分布有多个限位挡块(401)。

3.根据权利要求2所述的一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置，其特征在于：所述第一内部构件(201)的截面积大于第二内部构件(202)的截面积，且均为十字型结构。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置，其特征在于：所述第一内部构件(201)和第二内部构件(202)中部分别具有第一耗能段(204)和第二耗能段(205)。

5.根据权利要求1所述的一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置，其特征在于：所述约束部件(3)包括成对布置的半圆管件(301)，以及用于所述半圆管件(301)外壁套接的筒体(302)；所述半圆管件(301)内壁设有与所述支撑部(2)抵接的止动部(303)。

6.根据权利要求5所述的一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置，其特征在于：所述止动部(303)呈半圆形，多个所述止动部(303)形成对支撑部(2)中间约束的槽型空间。

7.根据权利要求1所述的一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置，其特征在于：所述外套件(5)和内套件(6)的外部连接端分别设有底部件(9)和活动组件(8)。

8.根据权利要求7所述的一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置，其特征在于：所述活动组件(8)包括与所述内套件(6)焊接的第一竖肢钢板(801)，和与所述第一竖肢钢板(801)活动连接的第二竖肢钢板(802)。

9.根据权利要求7所述的一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置，其特征在于：所述底部件(9)包括与所述外套件(5)焊接的第三竖肢钢板(901)，和与所述第三竖肢钢板(901)销轴连接的第四竖肢钢板(902)。

10.根据权利要求1所述的一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置，其特征在于：所述内套件(6)的外壁中部设有与外套件(5)连接的左挡板(601)，右端设有与弹性部(7)抵接的右挡板(602)。

11.用于生产权利要求1-10任意一项所述的一种基于环簧自复位的分级耗能型防屈曲支撑装置的方法，其特征在于，包括：

S1、通过固定钢板(203)连接第一内部构件(201)和第二内部构件(202)，并分别在第一耗能段(204)和第二耗能段(205)上依次安装半圆管件(301)和筒体(302)完成约束，并在两端焊接圆形钢板；

S2、限位套(4)拼接并安装于第一内部构件(201)和第二内部构件(202)的外部，将第二内部构件(202)右端和限位套(4)右端与端板螺栓连接；

S3、外套件(5)将上述整体套入并加装第一组弹性部(7)，内套件(6)穿入外套件(5)并与第一组弹性部(7)接触预压，装入第二组弹性部(7)，加装左挡板(601)预压并与外套件(5)连接，并在外套件(5)和内套件(6)的外部连接端分别连接底部件(9)和活动组件(8)。

Images